BÀI GIẢNG THỰC tập QUÁ TRÌNH và THIẾT bị (PTN)

TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ CẦN THƠ KHOA CƠNG NGHỆ SINH HĨA – THỰC PHẨM BÀI GIẢNG THỰC TẬP QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ (PTN) Cán biên soạn: ThS Vi Nhã Trân ThS Nguyễn Thị Thúy Hồng ThS Trần Ngọc Liên ThS Trần Thị Thùy Linh Năm 2021 LỜI NÓI ĐẦU Thực tập q trình thiết bị mơn học thực hành nhằm giúp sinh viên củng cố kiến thức áp dụng lý thuyết học học phần trình học, truyền nhiệt truyền khối vào thực tập ứng dụng ngành thực phẩm Nội dung giảng thực tập trình thiết bị phịng thí nghiệm gồm sau: - Bài 1: Sấy rau Bài 2: Chưng cất Bài 3: Xác định hệ số truyền nhiệt thiết bị gia nhiệt loại ống lồng ống Trang BÀI 1: SẤY RAU QUẢ 1.1 MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM Khảo sát q trình sấy đối sấy khơng khí lưu sử dụng thiết bị xác định nóng, từ đường cong sấy đường cong mối quan hệ tốc độ sấy thơng số q trình màu sắc, hình dạng sấy Đánh giá thay đổi rau trình sấy so với nguyên liệu ban đầu 1.2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.2.1 Khái niệm Trong trình sấy, ẩm tách khỏi vật liệu làm cho thực phẩm độ hoạt động nước thấp dễ dàng cho việc bảo quản Sử dụng khơng khí nóng để sấy thực phẩm khay hình thức sấy phổ biến cơng nghệp thực phẩm Sấy trình tách nước khỏi vật liệu cách làm cho nước chuyển pha tác nhân vật lý để thu sản phẩm rắn Ẩm vật liệu tồn trạng thái: liên kết hóa học, liên kết hóa lý liên kết lý Sấy tách toàn ẩm liên kết vật lý, phần ẩm liên kết hóa lý khơng tách ẩm liên kết hóa học Phần ẩm vật liệu tách sấy gọi ẩm tự do, phần không tách gọi ẩm liên kết Độ ẩm vật liệu: Độ ẩm tương đối (căn ướt): tỷ số khối lượng ẩm mn khối lượng chung nguyên vật liệu - Giữa khối lượng chất khô mo độ ẩm tương đối nguyên liệu hệ: mo= m.(1-W) n -: Độ ẩm tuyệt đối ( khô): tỷ số khối lượng ẩm m v chất khô tuyệt đối mo nguyên vật liệu Giữa khối lượng chất khô mo, khối lượng nguyên liệu m độ ẩm tuyệt đối X có mối quan hệ: m Tro ng đó: khối lượng nguyên liệu [g]; m: m=mo+mn mo: khối lượng chất khô tuyệt đối [g] mn: khối lượng ẩm (nước) [g] W: độ ẩm tương đối [%] X: độ ẩm tuyệt đối [%] Trang Trước sấy khối lượng độ ẩm tương nguyên liệu ẩm m1 sau sấy đối W1, chất m2 W2 Biết sấy khối lượng khô mo không thay đổi nên ta có: mo = m1(1-W1) = m2(1-W Mu ốn quan sát trình sấy đường cong sấy cách rõ ràng, người ta thường sử dụng độ ẩm tuyệt đối X, với độ ẩm tương đối W thường biểu thị trạng thái ẩm nguyên vật liệu hẩm sấy [m ] : Vận tốc s ấy: lượng nướ c thoát khỏi vật liệu ứngthời với gian sấy [h] X: độ v giảm Trong đó: mo: khối lượng vật ẩm liệu khô [kg] F: t ổ n g b ề m ặ t b a y h i c ủ a s ả n p Các đại lượng đặc trưng cho khơng khí ẩm * Đ ộ ẩ m tu y ệt đ ối Độ ẩm tuyệt đối khối lượng nước chứa m khơng khí ẩm Đây khối lượng riêng nước khơng khí ẩm h Gh (kg/m ) V Trong đó: - Gh: khối lượng nước chứa khơng khí ẩm, kg - * V: thể tích khơng khí ẩm, m Độ ẩm tương đối Độ ẩm tương đối tỷ số độ ẩm tuyệt đối không khí chưa * Đ ộ c h ứ a h i d Độ chứa d lượng chứa 1kg khơng khí khơ (1+d) kg khơng khí ẩm bão hịa ρh độ ẩm tuyệt đối d=Gh/Gk ; [kgh/kg K] khơng khí ẩm bão hòa ρhmax nhiệt độ Trang h h max Hay Muốn xác định phbh nhiệt o độ T Từ nhiệt độ T ( C)-> tra bảng Nước nước bảo hòa theo nhiệt độ áp dụng cơng thức p hb h Từ phương trình trạng thái khí lí tưởng viết cho nước khơng khí khơ ta có: p V Gh h Gk RhT pV k Rk T Thay giá trị G vào (4-28) ta được: p R d h k pk Rh p hb h d 0,622x Hay p pbhbh (kg/kg ẩm) p: áp suất khơng khí ẩm * Entanpi khơng khí ẩm Entanpi khơng khí ẩm tổng entanpi khơng khí khơ entanpi nước chứa Trong kĩ thuật thường tính entanpi 1kg khơng khí khơ d kg nước chứa (1+d)kg khơng khí ẩm, kí hiệu i: i = ik + d.ih; [kJ/kgK] Trong đó: ik- entanpi 1kg khơng khí khơ, ik=Cpkt, mà Cpk=1kJ/kg.K ik = t; h i - entanpi nước, khơng khí ẩm chưa bão hồ nước nhiệt có ih = 2500 + Cpht = 2500 + 1,93t Cuối ta có: I = t + d(2500 +1,93t); (kJ/kgK) 1.2.2 Đƣờng cong sấy đƣờng cong tốc độ sấy Đƣờng cong sấy: đường biểu diễn giảm ẩm vật liệu sấy theo thời gian Đường cong sấy đường biểu diễn mối quan hệ ẩm độ tuyệt đối X (căn khô) theo thời gian Xt: độ ẩm vật liệu thời điểm o X : độ ẩm ban đầu vật liệu X1: độ ẩm vật liệu ứng với bắt đầu trình sấy đẳng tốc Xc: độ ẩm vật liệu ứng với cuối trình sấy đẳng tốc Hình 1.1 Đƣờng cong sấy Đƣờng cong tốc độ sấy: đường biểu diễn quan hệ tốc độ sấy độ ẩm tuyệt đối sản phẩm Đường cong tốc độ sấy xây dựng sau: - Xác định độ giảm ẩm X theo thời gian, tính tốc độ sấy vẽ tốc độ sấy theo độ ẩm tuyệt đối X Trang Bƣớc 5: Điều chỉnh lưu lượng dịng nước nóng van tay (trước bơm) giữ giá trị nhiệt độ bể nước nóng khơng đổi - - Bƣớc 6: Ghi giá trị nhiệt độ cảm biến lưu lượng vào bảng 3.2 - Bƣớc 7: Tính tốn truyền nhiệt dịng nước nóng, hấp thụ nhiệt dịng nước lạnh, độ chênh lệch nhiệt độ trung bình logarít, hệ số truyền nhiệt tổng quát 3.5 BÁO CÁO KẾT QUẢ - Ghi nhận kết đo q trình làm thí nghiệm (Bảng 3.3) Bảng 3.3 Nhiệt độ lƣu lƣợng hai dòng lƣu chất q trình truyền nhiệt Thơng số Giá trị Nhiệt độ bể gia nhiệt (oC) Nhiệt độ vào dòng nóng (oC) Nhiệt độ dịng nóng (oC) Nhiệt độ vào dòng lạnh (oC) Nhiệt độ dòng lạnh (oC) LưuLưu lượnglượng dịngdịng lạnhnóng(LPM)(LPM) Trang 15 Ghi chú: LPM (litters per minute) – lít/phút Dựa phương trình lý thuyết, tính tốn hệ số truyền nhiệt K thiết bị theo lý thuyết Xác định hệ số truyền nhiệt thực tế 3.6 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Tính nhiệt lượng dịng nóng dịng lạnh? Xác định chế độ chuyển dịng nóng dịng lạnh (chảy rối, chảy độ, chảy tầng) Vì sao? So sánh hệ số truyền nhiệt thực tế lý thuyết Phân tích khác biệt? Trang 16 TÀI LIỆU THAM KHẢO Hoàng Đình Tín, 2007 Truyền nhiệt tính tốn thiết bị trao đổi nhiệt NXB Khoa học Kỹ thuật Nguyễn Văn Mười, Võ Tấn Thành, Văn Minh Nhựt, Vũ Trường Sơn, Trần Thanh Trúc, Tống Thị Ánh Ngọc, 2009 Giáo trình thực tập Kỹ thuật thực phẩm Trường Đại học Cần Thơ Nguyễn Văn Mười cộng sự, 2009 Giáo trình thực tập Kỹ thuật thực phẩm Trường Đại học Cần Thơ Romeo, T.Toledo Fundamentals of Food Process Engineering, 1991 Van Nostrans Reihold, NewYork Nguyễn Văn May, 2006 Thiết bị truyền nhiệt chuyển khối NXB Khoa học Kỹ thuật Nguyễn Bin, 2004 Các trình, thiết bị cơng nghiệp hóa chất thực phẩm-tập 1- Các trình thủy lực, bơm quạt, máy nén NXB Khoa học kỹ thuật Vũ Bá Minh, Hoàng Minh Nam, 2004 Q trình thiết bị cơng nghệ hóa học & thực phẩm- tập - Cơ học vật liệu rời NXB Đại học Quốc gia TP HCM Trang 17 PHỤ LỤC Bảng Chuyển đổi độ rƣợu 15 oC (phần trăm thể tích) Trang 18 o Bảng Chuyển đổi độ rƣợu 15 C (phần trăm thể tích) (tiếp theo) Trang 19 Bảng Thơng số vật lý nƣớc đƣờng bão hịa Trang 20 Trích giảng Truyền nhiệt Trao đổi nhiệt đối lƣu chất lỏng chuyển động cƣỡng ống, rãnh Dựa vào tiêu chuẩn Reynolds (Re) để phân biệt chế độ chuyển động lưu chất: - Khi Re 10 : chất lỏng chế độ chảy rối 4 Khi 2300 < Re < 10 : chảy độ a Trao đổi nhiệt chất lỏng chảy rối (Re > - 10 ) Theo Mikheyev: Nhiệt độ xác định: nhiệt độ trung bình Kích thước xác định: đường kính ống d đư dtđ: 4F U dtđ Với F – diện tích tiết diện ngang chất lỏng U – chu vi ướt, [m] dtđ= d1d2 Trong sách kỹ thuật thường cho số công thức đơn giản hóa hệ số trao đổi nhiệt, thực tế cách biểu thị khác khơng có mâu thuẫn với cơng thức trình bày Những cơng thức đơn giản hóa có thứ ngun tìm từ cơng thức tiêu chuẩn, ứng dụng thực tế có số thuận lợi định đồng thời trực tiếp biểu thị cho thấy ảnh hưởng đơn độc đại lượng vật lý Thực nghiệm chứng tỏ, độ dài độ cong ống ảnh hưởng định hệ số trao đổi nhiệt thể hệ số l r: l: hệ số hiệu chỉnh, phụ thuộc vào tỷ số chiều dài đường kính ống Nếu l/d 50 l=1 Đối với ống ngắn (l/d